Ползователи:
СЕРПОВИДНО-КЛЕТОЧНАЯ АНЕМИЯ



Генотерапия

Current state of gene therapy in sickle cell disease
Mei San Tang, Hua Shan
https://doi.org/10.1111/vox.13612

Sickle cell disease (SCD) is a type of hemoglobinopathy due to an autosomal recessive genetic defect, causing significant red cell sickling, multi-organ damage and long-term severe morbidities. Due to its complicated care and the impact on quality of life, a curative treatment for SCD is highly desirable. In recent years, gene therapy is emerging as a curative option for SCD, where autologous haematopoietic stem cells are collected from SCD patients and genetically modified ex vivo to reduce its sickling tendency before reinfusion. Although still largely investigational, a limited number of gene therapy options have been recently granted approval for SCD patients. Published data are still currently limited, but early studies have so far demonstrated the intended outcomes of less vaso-occlusive crisis and haemolysis. Nonetheless, despite its curative potential, larger clinical trials and longer follow-up period are still necessary to evaluate the safety of this treatment option, especially the risk of unintended genetic modifications. Furthermore, SCD patients frequently have limited access to specialty care; hence, the issues of affordability and accessibility to SCD gene therapy must also be addressed for it to benefit the appropriate patient population.
Серповидноклеточная анемия (SCD) – это разновидность гемоглобинопатии с аутосомно-рецессивным генетическим наследованием. Необходимым генетическим дефектом при SCD является аллель HbS, который возникает в результате точечной мутации в гене HBB, которая приводит к замене глутамата (гидрофильного) на валин (гидрофобный) на шестой аминокислотный остаток β-глобиновой цепи. Помимо генотипа HbSS, клинические проявления SCD наблюдаются также при наследовании HbS с другими мутациями HBB сложным гетерозиготным образом, такими как, HbSβ0-талассемия или HbSβ+-талассемия. Гемоглобин HbS имеет тенденцию полимеризоваться при низком напряжении кислорода, что приводит к возникновению серповидных эритроцитов со сниженной деформируемостью и выживаемостью. Когда значительная часть эритроцитов серповидна, это может привести к закупорке кровеносных сосудов, особенно в микроциркуляторном русле, вызывая либо сильные болевые эпизоды, известные как вазоокклюзионный криз (VOC), либо повреждение органов-мишеней. Любой орган может быть поражен SCD; Когда значительная окклюзия происходит в микроциркуляторном русле легких или головного мозга, это может привести соответственно к острому грудному синдрому или острому инсульту, которые являются неотложными медицинскими состояниями. У пациентов с SCD также наблюдается хронический гемолиз из-за аномальных эритроцитов с укороченной продолжительностью жизни — образующийся свободный гем приводит к выработке цитокинов и хроническому системному воспалению [1]. В целом, SCD поражает несколько систем органов, часто с продолжительными проявлениями.
CURRENT TREATMENT OPTIONS FOR SCD


Методы лечения SCD ограничены, и в настоящее время только четыре препарата одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) для лечения SCD (Таблица 1) [2]. Из них гидроксимочевина является препаратом первой линии и эффективна в уменьшении болевых симптомов SCD, хотя для клинического ответа требуется постоянное длительное применение и осторожное повышение дозы [3]. Из-за его миелосупрессивного эффекта пациенты, принимающие гидроксимочевину в течение длительного времени, должны находиться под надлежащим наблюдением. Примечательно, что польза гидроксимочевины для генотипов HbSC или HbSβ+талассемии неясна. Кроме того, он недостаточен для предотвращения других осложнений, таких как инсульт [4, 5]. Поэтому многие пациенты с SCD по-прежнему полагаются на частые переливания эритроцитов для контроля симптомов; например, эффективная профилактика инсульта при SCD требует длительной хронической трансфузионной терапии эритроцитами [6, 7]. Поскольку простое хроническое переливание эритроцитов может привести к перегрузке железом с сопутствующими повреждениями органов, многим пациентам с SCD необходимо пройти автоматизированную программу обменного переливания крови, чтобы избежать перегрузки железом. При хроническом обмене эритроцитарными переливаниями требуется большое количество эритроцитарных единиц, что подвергает пациентов высокому риску аллоиммунизации антигенами эритроцитов, что со временем может привести к увеличению трудностей с получением совместимых эритроцитарных единиц. В целом, уход и лечение SCD могут быть сложными и дорогостоящими, это оказывает существенное влияние на качество жизни пациента; Таким образом, очень желательно исцеляющее лечение.

ТАБЛИЦА 1. Механизм действия и клинические эффекты одобренных в настоящее время FDA препаратов для лечения SCD.

Лекарство Механизм действия Клинический эффект

Гидроксимочевина Стимуляция выработки гемоглобина плодом Снижение частоты VOC [4, 5]

L-глютамин Точный механизм неясен, но поглощение L-глутамина увеличивается в серповидных клетках, и пероральный прием L-глютамина может снизить адгезию серповидных клеток к эндотелию Снижение частоты VOC [42]

Crizanlizumab Гуманизированное моноклональное антитело к Р-селектину; экспрессия Р-селектина на эндотелии опосредует адгезию серповидных клеток и развитие летучих органических соединений, которые ингибируются кризанлизумабом Снижение частоты летучих органических соединений [43]

Voxelotor Ингибитор полимеризации HbS путем обратимого связывания с гемоглобином и стабилизации его оксигенированного состояния Повышение уровня гемоглобина и снижение гемолиза [44]

Аллогенная трансплантация гемопоэтических стволовых клеток (HSCT) является одним из способов коррекции генетического дефицита при SCD. Несмотря на то, что пост-трансплантационная GVHD остается проблемой, международное ретроспективное исследование показало отличные 5-летние и общие показатели выживаемости на уровне 91,4% и 92,9% соответственно при использовании их от HLA-идентичных доноров брата или сестры [8]. Современные рекомендации Американского общества гематологов условно рекомендуют HSCT только пациентам с SCD с тяжелыми осложнениями (такими как инсульт, рецидивирующий острый грудной синдром) и имеющим HLA-идентичных донорских братьев и сестер [9]. К сожалению, ожидается, что только у меньшинства кандидатов-реципиентов HSCT будут HLA-идентичные донорские братья и сестры [10], в то время как альтернативные гаплоидентичные или совместимые не родственные доноры для лечения SCD используются только в контексте клинических исследований и могут быть связаны с худшим исходом выживаемости по сравнению с HLA-идентичными братьями и сестрами [11]. В дополнение к GVHD в качестве пост-трансплантационного осложнения следует также рассматривать выработку донор-специфических эритроцитарных антител, которые могут вызывать клинические эффекты от бессимптомного до тяжелого гемолиза [12]. Это связано с тем, что пост-трансплантационный смешанный химеризм часто наблюдался у пациентов с SCD, которым были введены HSCT с миелоаблативным [13] или не миелоаблативным кондиционированием [14], и это может привести к выработке донор-специфических эритроцитарных антител, поскольку сопоставление эритроцитарного антигена обычно не рассматривается при HSCT.
GENE THERAPY STRATEGIES IN SCD


В последние годы генотерапия появилась как альтернатива аллогенной HSCT для лечения SCD. Используя эту стратегию, аутологичные гемопоэтические клетки-предшественники (HPC) пациента с SCD собираются и генетически модифицируются ex vivo, чтобы уменьшить его склонность к серповидности (рис. 1). Пациенты проходят кондиционирующую химиотерапию перед введением этих генетически модифицированных клеток для повторного заселения костного мозга. Использование аутологичных высокопроизводительных подходов снижает риск развития GVHD. Несмотря на то, что ранее этот вариант лечения был доступен только для участия в клинических испытаниях (Таблица 2), в последнее время для пациентов с SCD с VOC в анамнезе было одобрено ограниченное число вариантов генотерапии, включая экзагамглоген аутотемцел (lovo-cel) и lovotibeglogene autotemcel (lovo-cel) в Соединенных Штатах и exa-cel в Великобритании. Тем не менее, доступ к этим одобренным вариантам по-прежнему ограничен узкоспециализированными лечебными центрами.



РИСУНОК 1 Key stages in the process of gene therapy. Genetic modification strategies used for sickle cell disease treatment have included: (1) lentiviral expression of variant haemoglobin with reduced sickling tendency; (2) disruption of fetal haemoglobin repression using CRISPR-Cas9 or shRNA in order to increase its expression; (3) direct correction of the beta-globin gene mutation using CRISPR-Cas9.

ТАБЛИЦА 2. По состоянию на 8 января 2024 г. клинические испытания генной терапии SCD включены в список ClinicalTrials.gov.

Для генотерапии могут использоваться различные стратегии генетической модификации, которые могут включать добавление генов (когда в клетки вводится дополнительный генетический материал), редактирование генов (когда генетический материал в клетках непосредственно модифицируется) или генную коррекцию (когда генетический материал в клетках как непосредственно модифицируется, так и вводится новый генетический материал). Промежуточный анализ 35 пациентов, получавших lovo-cel на этапе исследования, на сегодняшний день является крупнейшим рецензируемым опубликованным когортным исследованием генной терапии SCD [15]. Lovo-cel основан на стратегии добавления генов, при которой копия модифицированного β-глобинового гена HbAT87Q, который стерически предотвращает серповидноклеточность эритроцитов, вводится в клетки путем лентивирусной трансдукции. Критерии отбора для участия в не рандомизированном открытом однодозовом исследовании включали SCD с генотипами HbSS, HbSβ0 или HbSβ+ и рецидивирующие эпизоды VOC; Первичным оцениваемым исходом было устранение VOC. У всех 35 пациентов, описанных в промежуточном анализе, достигнуто приживление генетически модифицированных клеток. Среди 25 пациентов, которые могли быть оценены на наличие VOC в течение, по крайней мере, 6 месяцев после введения, у всех, кроме двух, не было эпизодов рецидивов VOC; у двух пациентов, у которых продолжался прием VOC, эти эпизоды наблюдались с меньшей тяжестью и частотой.
Редактирование генов является др. стратегией генетической модификации и использует репрессию разрушенного гемоглобина F (HbF) , вследствие чего увеличивается экспрессия HbF. Это может быть достигнуто путем предупреждения экспрессии BCL11A (репрессора HbF) или путем предотвращения связывания репрессора на промоторах генов HBG1 и HBG2 (γ-globin). Хотя hydroxyurea может бвть использована для повышения экспрессии HbF, это повышение достигается посредством генотерапии, происходящей с более высоким размахом и без ассоциированного с hydroxyurea эффекта myelosuppression. Более того, поскольку индукция HbF с помощью hydroxyurea обнаруживает тенденцию к неравномерности среди культивируемых эритроцитов, редактирование генов гарантирует более равномерное и более широкое распределение HbF среди эритроцитов. Вместо всеобщей концентрации HbF, пропорция клеток, экспрессирующих HbF и содержание HbF в индивидуальных клетках оказывается наилучшим прогностическим признаком anti-sickling эффекта [16]. Два различных метода редактирования гена для устранения экспрессии BCL11A были оценены в клинических испытаниях: в одном методе использовалась система CRISPR-Cas9 для устранения BCL11A (исследование CLIMB-SCD 121, NCT03745287), который теперь одобрен как exa-cel для использования в США. и Великобритания [17, 18], в то время как другой использовал интерференцию коротких шпилечных РНК для инактивации транскрипции BCL11A (NCT03282656) [19]. Было обнаружено, что у участников обоих исследований увеличилась экспрессия HbF на клетку, снизилась частота эпизодов VOC и уменьшилась потребность в переливании крови, которая сохранялась через 1 год. Тем не менее, поскольку оба исследования опубликовали подробные результаты лишь от очень небольшого числа участников первоначальных испытаний, трудно сделать вывод о том, превосходит ли один подход к редактированию генов другой – частота аллельного редактирования с помощью CRISPR-Cas9 в исследовании CLIMB-SCD. Сообщалось, что она составляет 79–83% [17], в то время как эффективность трансдукции короткой шпилечной РНК составляет 62–100%, при этом у пяти из шести участников исследования эффективность трансдукции составила более 90% [19]. Другой метод увеличения экспрессии HbF заключается в разрушении сайтов связывания репрессора на промоторах генов HBG1 и HBG2 (γ-глобин) с использованием систем CRISPR-Cas9 (NCT04443907, NCT05456880) [20, 21]. Из двух исследований фазы 1/2, оценивающих эту стратегию, рецензируемые опубликованные данные доступны для NCT04443907 (OTQ923) — с помощью этой стратегии можно было одновременно получить несколько результатов редактирования, но наиболее распространенным была межгенная делеция, приводящая к образованию гибридного гена? гже последовательность промотора HBG2 слита с нижестоящим HBG1 [20]. Во время исследования фазы 1 OTQ923 был введен трем пациентам, и частота редактирования аллелей введенного продукта составила примерно 80%. В течение 12-месячного периода наблюдения у всех трех пациентов наблюдалось стойкое приживление генетически модифицированных клеток в костном мозге с повышенной и стабильной экспрессией HbF, который был широко распространен среди эритроцитов (69,7–87,8%). У всех трех пациентов наблюдался по крайней мере один эпизод VOC и легкий гемолиз после инфузии, но тяжесть клинических симптомов снизилась.
Несмотря на то, что рецензируемых данных до сих пор нет, в некоторых клинических испытаниях также изучается возможность коррекции мутации гена β-глобина непосредственно с помощью различных методов. Один из методов использует CRISPR-Cas9 в комбинации с матрицей ДНК адено-ассоциированного вируса 6-го типа (AAV6) — это сначала индуцирует разрыв ДНК при мутации гена β-глобина, а затем вставляет донорский шаблон ДНК AAV6 для коррекции мутации гена [22, 23]. В мышиной модели, несущей гуманизированный кластер генов глобина, этот метод коррекции генов обеспечивал стабильную продукцию HbA; Первоначально планировалось провести исследование CEDAR для оценки его безопасности и эффективности у человека, но оно было добровольно приостановлено и в настоящее время прекращено из-за длительной цитопении у первого участника исследования [24]. Другой метод коррекции гена β-глобина заключается в использовании модифицированного белка CRISPR-Cas9 в сочетании с ферментом дезаминазой, редактирующим основания, что позволяет редактировать точечную мутацию, не вызывая разрыва ДНК, и считается более точным. Этот метод генной коррекции был применен к гену β-глобина для индуцирования непатогенного варианта гемоглобина, совместимого с функцией HbA [25, 26].
TREATMENT PROCESS FOR GENE THERAPY
Collection of autologous haematopoietic stem cells


Сбор аутологичных гемопоэтических стволовых клеток Первым шагом в генной терапии является сбор аутологичных HPCs. У пациентов с SCD это может быть затруднительно из-за их основного заболевания, что требует внесения изменений в процедуру забора. Учитывая вероятность потери клеток во время генетической модификации ex vivo, выход целевого сбора для генной терапии, как правило, выше, чем при стандартной аутологичной HSCT, чтобы обеспечить успешное приживление.
Тремя анатомическими источниками HPCs являются периферическая кровь, костный мозг и пуповина. Несмотря на то, что некоторые протоколы генотерапии SCD использовали забор костного мозга для сбора HPCs, периферические HPCs собранные методом афереза, стали наиболее распространенным источником HPCs в наши дни. Однако, поскольку HPCs редко циркулируют периферически в физиологических условиях, они должны быть мобилизованы из костного мозга на периферию с помощью мобилизационных агентов. Несмотря на то, что гранулоцитарный колония-стимулирующий фактор (Г-КСФ) широко используется в качестве мобилизующего агента, его следует избегать у пациентов с SCD из-за повышенного риска развития тяжелых побочных реакций, которые включают тяжелую VOC, полиорганную недостаточность и смерть [27]. Они могут представлять собой последствия гиперлейкоцитоза, индуцированного Г-КСФ, которые усугубляются хроническим воспалением при SCD. Вместо этого плериксафор появился в качестве альтернативного мобилизующего агента для пациентов с SCD. Плериксафор является ингибитором CXCR4 и мобилизует HPC, нарушая взаимодействие между HPC и стромальными клетками костного мозга [28]. В настоящее время он одобрен для мобилизации HPCs у пациентов с множественной миеломой или неходжкинской лимфомой, которым будет проведена аутологичная HSCT, но его безопасность и эффективность в качестве мобилизующего агента для пациентов с SCD были продемонстрированы в нескольких клинических исследованиях I фазы [29-32]. В этих исследованиях также были реализованы конкретные шаги по снижению риска побочных реакций во время мобилизации и сбора HPC, которые включали прекращение приема гидроксимочевины и регулярные переливания эритроцитов для снижения уровня HbS до <30% за несколько месяцев до мобилизации. Гидроксимочевина обладает миелосупрессивным эффектом, и был предложен период вымывания не менее 1 месяца, хотя в некоторых исследованиях прием гидроксимочевины прекращался на более длительный период (2–3 месяца до мобилизации). Предмобилизационные переливания эритроцитов могут проводиться как простыми, так и обменными; В дополнение к уменьшению стрессового эритропоэза, плановые переливания эритроцитов также могут помочь уменьшить вазоокклюзионные симптомы после прекращения гидроксимочевины до мобилизации. Сбор периферических HPCs с помощью Серповидноклеточная анемия (SCD) – это разновидность гемоглобинопатии с аутосомно-рецессивным генетическим наследованием. Необходимым генетическим дефектом при SCD является аллель HbS, который возникает в результате точечной мутации в гене HBB, которая приводит к замене глутамата (гидрофильного) на валин (гидрофобный) на шестой аминокислотный остаток β-глобиновой цепи. Помимо генотипа HbSS, клинические проявления SCD наблюдаются также при наследовании HbS с другими мутациями HBB сложным гетерозиготным образом, такими как, HbSβ0-талассемия или HbSβ+-талассемия. Гемоглобин HbS имеет тенденцию полимеризоваться при низком напряжении кислорода, что приводит к возникновению серповидных эритроцитов со сниженной деформируемостью и выживаемостью. Когда значительная часть эритроцитов серповидна, это может привести к закупорке кровеносных сосудов, особенно в микроциркуляторном русле, вызывая либо сильные болевые эпизоды, известные как вазоокклюзионный криз (VOC), либо повреждение органов-мишеней. Любой орган может быть поражен SCD; Когда значительная окклюзия происходит в микроциркуляторном русле легких или головного мозга, это может привести соответственно к острому грудному синдрому или острому инсульту, которые являются неотложными медицинскими состояниями. У пациентов с SCD также наблюдается хронический гемолиз из-за аномальных эритроцитов с укороченной продолжительностью жизни — образующийся свободный гем приводит к выработке цитокинов и хроническому системному воспалению [1]. В целом, SCD поражает несколько систем органов, часто с продолжительными проявлениями.
CURRENT TREATMENT OPTIONS FOR SCD


Методы лечения SCD ограничены, и в настоящее время только четыре препарата одобрены Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) для лечения SCD (Таблица 1) [2]. Из них гидроксимочевина является препаратом первой линии и эффективна в уменьшении болевых симптомов SCD, хотя для клинического ответа требуется постоянное длительное применение и осторожное повышение дозы [3]. Из-за его миелосупрессивного эффекта пациенты, принимающие гидроксимочевину в течение длительного времени, должны находиться под надлежащим наблюдением. Примечательно, что польза гидроксимочевины для генотипов HbSC или HbSβ+талассемии неясна. Кроме того, он недостаточен для предотвращения других осложнений, таких как инсульт [4, 5]. Поэтому многие пациенты с SCD по-прежнему полагаются на частые переливания эритроцитов для контроля симптомов; например, эффективная профилактика инсульта при SCD требует длительной хронической трансфузионной терапии эритроцитами [6, 7]. Поскольку простое хроническое переливание эритроцитов может привести к перегрузке железом с сопутствующими повреждениями органов, многим пациентам с SCD необходимо пройти автоматизированную программу обменного переливания крови, чтобы избежать перегрузки железом. При хроническом обмене эритроцитарными переливаниями требуется большое количество эритроцитарных единиц, что подвергает пациентов высокому риску аллоиммунизации антигенами эритроцитов, что со временем может привести к увеличению трудностей с получением совместимых эритроцитарных единиц. В целом, уход и лечение SCD могут быть сложными и дорогостоящими, это оказывает существенное влияние на качество жизни пациента; Таким образом, очень желательно исцеляющее лечение.

GENE THERAPY STRATEGIES IN SCD


В последние годы генотерапия появилась как альтернатива аллогенной HSCT для лечения SCD. Используя эту стратегию, аутологичные гемопоэтические клетки-предшественники (HPC) пациента с SCD собираются и генетически модифицируются ex vivo, чтобы уменьшить его склонность к серповидности (рис. 1). Пациенты проходят кондиционирующую химиотерапию перед введением этих генетически модифицированных клеток для повторного заселения костного мозга. Использование аутологичных высокопроизводительных подходов снижает риск развития GVHD. Несмотря на то, что ранее этот вариант лечения был доступен только для участия в клинических испытаниях (Таблица 2), в последнее время для пациентов с SCD с VOC в анамнезе было одобрено ограниченное число вариантов генотерапии, включая экзагамглоген аутотемцел (lovo-cel) и lovotibeglogene autotemcel (lovo-cel) в Соединенных Штатах и exa-cel в Великобритании. Тем не менее, доступ к этим одобренным вариантам по-прежнему ограничен узкоспециализированными лечебными центрами.

Для генотерапии могут использоваться различные стратегии генетической модификации, которые могут включать добавление генов (когда в клетки вводится дополнительный генетический материал), редактирование генов (когда генетический материал в клетках непосредственно модифицируется) или генную коррекцию (когда генетический материал в клетках как непосредственно модифицируется, так и вводится новый генетический материал). Промежуточный анализ 35 пациентов, получавших lovo-cel на этапе исследования, на сегодняшний день является крупнейшим рецензируемым опубликованным когортным исследованием генной терапии SCD [15]. Lovo-cel основан на стратегии добавления генов, при которой копия модифицированного β-глобинового гена HbAT87Q, который стерически предотвращает серповидноклеточность эритроцитов, вводится в клетки путем лентивирусной трансдукции. Критерии отбора для участия в нерандомизированном открытом однодозовом исследовании включали SCD с генотипами HbSS, HbSβ0 или HbSβ+ и рецидивирующие эпизоды VOC; Первичным оцениваемым исходом было устранение VOC. У всех 35 пациентов, описанных в промежуточном анализе, достигнуто приживление генетически модифицированных клеток. Среди 25 пациентов, которые могли быть оценены на наличие VOC в течение, по крайней мере, 6 месяцев после введения, у всех, кроме двух, не было эпизодов рецидивов VOC; у двух пациентов, у которых продолжался прием VOC, эти эпизоды наблюдались с меньшей тяжестью и частотой.
Редактирование гено является др. стратегией генетической модификации и использует репрессию разрушенного гемоглобина F (HbF) , вследствие чего увеличивается экспрессия HbF. Это может быть достигнуто путем предупрежден ия экспрессии BCL11A (репрессора HbF) или путем предотвращения связывания репрессора на промоторах генов HBG1 и HBG2 (γ-globin). Хотя hydroxyurea может бвть использована для повышения экспрессии HbF, это повышение достигается посредством генотерапии, происходящей с более высоким размахом и без ассоциированного с hydroxyurea эффекта myelosuppression. Более того, поскольку индукция HbF с помощью hydroxyurea обнаруживает тенденцию к неравномерности среди культивируемых эриттроцитов, редактирование генов гарантирует более равномерное и более широкое распвределение HbF среди эритроцитов. Вместо всеобщей концентрации HbF, пропорция клеток, экспрессирующих HbF и содержание HbF в индивидуальных клетках оказывается налучшим прогностическим признаком anti-sickling эффекта [16]. Два различных метода редактирования гена для устранения экспрессии BCL11A были оценены в клинических испытаниях: в одном методе использовалась система CRISPR-Cas9 для устранения BCL11A (исследование CLIMB-SCD 121, NCT03745287), который теперь одобрен как exa-cel для использования в США. и Великобритания [17, 18], в то время как другой использовал интерференцию коротких шпилечных РНК для инактивации транскрипции BCL11A (NCT03282656) [19]. Было обнаружено, что у участников обоих исследований увеличилась экспрессия HbF на клетку, снизилась частота эпизодов VOC и уменьшилась потребность в переливании крови, которая сохранялась через 1 год. Тем не менее, поскольку оба исследования опубликовали подробные результаты лишь от очень небольшого числа участников первоначальных испытаний, трудно сделать вывод о том, превосходит ли один подход к редактированию генов другой – частота аллельного редактирования с помощью CRISPR-Cas9 в исследовании CLIMB-SCD. Сообщалось, что она составляет 79–83% [17], в то время как эффективность трансдукции короткой шпилечной РНК составляет 62–100%, при этом у пяти из шести участников исследования эффективность трансдукции составила более 90% [19]. Другой метод увеличения экспрессии HbF заключается в разрушении сайтов связывания репрессора на промоторах генов HBG1 и HBG2 (γ-глобин) с использованием систем CRISPR-Cas9 (NCT04443907, NCT05456880) [20, 21]. Из двух исследований фазы 1/2, оценивающих эту стратегию, рецензируемые опубликованные данные доступны для NCT04443907 (OTQ923) — с помощью этой стратегии можно было одновременно получить несколько результатов редактирования, но наиболее распространенным была межгенная делеция, приводящая к образованию гибридного гена? гже последовательность промотора HBG2 слита с нижестоящим HBG1 [20]. Во время исследования фазы 1 OTQ923 был введен трем пациентам, и частота редактирования аллелей введенного продукта составила примерно 80%. В течение 12-месячного периода наблюдения у всех трех пациентов наблюдалось стойкое приживление генетически модифицированных клеток в костном мозге с повышенной и стабильной экспрессией HbF, который был широко распространен среди эритроцитов (69,7–87,8%). У всех трех пациентов наблюдался по крайней мере один эпизод VOC и легкий гемолиз после инфузии, но тяжесть клинических симптомов снизилась.
Несмотря на то, что рецензируемых данных до сих пор нет, в некоторых клинических испытаниях также изучается возможность коррекции мутации гена β-глобина непосредственно с помощью различных методов. Один из методов использует CRISPR-Cas9 в комбинации с матрицей ДНК аденоассоциированного вируса 6-го типа (AAV6) — это сначала индуцирует разрыв ДНК при мутации гена β-глобина, а затем вставляет донорский шаблон ДНК AAV6 для коррекции мутации гена [22, 23]. В мышиной модели, несущей гуманизированный кластер генов глобина, этот метод коррекции генов обеспечивал стабильную продукцию HbA; Первоначально планировалось провести исследование CEDAR для оценки его безопасности и эффективности у человека, но оно было добровольно приостановлено и в настоящее время прекращено из-за длительной цитопении у первого участника исследования [24]. Другой метод коррекции гена β-глобина заключается в использовании модифицированного белка CRISPR-Cas9 в сочетании с ферментом дезаминазой, редактирующим основания, что позволяет редактировать точечную мутацию, не вызывая разрыва ДНК, и считается более точным. Этот метод генной коррекции был применен к гену β-глобина для индуцирования непатогенного варианта гемоглобина, совместимого с функцией HbA [25, 26].
TREATMENT PROCESS FOR GENE THERAPY
Collection of autologous haematopoietic stem cells


Сбор аутологичных гемопоэтических стволовых клеток Первым шагом в генной терапии является сбор аутологичных HPCs. У пациентов с SCD это может быть затруднительно из-за их основного заболевания, что требует внесения изменений в процедуру забора. Учитывая вероятность потери клеток во время генетической модификации ex vivo, выход целевого сбора для генной терапии, как правило, выше, чем при стандартной аутологичной HSCT, чтобы обеспечить успешное приживление.
Тремя анатомическими источниками HPCs являются периферическая кровь, костный мозг и пуповина. Несмотря на то, что некоторые протоколы генотерапии SCD использовали забор костного мозга для сбора HPCs, периферические HPCs собранные методом афереза, стали наиболее распространенным источником HPCs в наши дни. Однако, поскольку HPCs редко циркулируют периферически в физиологических условиях, они должны быть мобилизованы из костного мозга на периферию с помощью мобилизационных агентов. Несмотря на то, что гранулоцитарный колониестимулирующий фактор (Г-КСФ) широко используется в качестве мобилизующего агента, его следует избегать у пациентов с SCD из-за повышенного риска развития тяжелых побочных реакций, которые включают тяжелую VOC, полиорганную недостаточность и смерть [27]. Они могут представлять собой последствия гиперлейкоцитоза, индуцированного Г-КСФ, которые усугубляются хроническим воспалением при SCD. Вместо этого плериксафор появился в качестве альтернативного мобилизующего агента для пациентов с SCD. Плериксафор является ингибитором CXCR4 и мобилизует HPC, нарушая взаимодействие между HPC и стромальными клетками костного мозга [28]. В настоящее время он одобрен для мобилизации HPCs у пациентов с множественной миеломой или неходжкинской лимфомой, которым будет проведена аутологичная HSCT, но его безопасность и эффективность в качестве мобилизующего агента для пациентов с SCD были продемонстрированы в нескольких клинических исследованиях I фазы [29-32]. В этих исследованиях также были реализованы конкретные шаги по снижению риска побочных реакций во время мобилизации и сбора HPC, которые включали прекращение приема гидроксимочевины и регулярные переливания эритроцитов для снижения уровня HbS до <30% за несколько месяцев до мобилизации. Гидроксимочевина обладает миелосупрессивным эффектом, и был предложен период вымывания не менее 1 месяца, хотя в некоторых исследованиях прием гидроксимочевины прекращался на более длительный период (2–3 месяца до мобилизации). Предмобилизационные переливания эритроцитов могут проводиться как простыми, так и обменными; В дополнение к уменьшению стрессового эритропоэза, плановые переливания эритроцитов также могут помочь уменьшить вазоокклюзионные симптомы после прекращения гидроксимочевины до мобилизации. Сбор периферических HPCs с помощью плериксы для мобилизации и афереза имел более низкую частоту побочных реакций по сравнению с забором HPCs костного мозга [31]. В дополнение к оптимизации факторов, специфичных для конкретного пациента, процесс сбора данных HPC также потребует определенной оптимизации, характерной для пациентов с SCD. Esrick et al. сообщили о низком выходе сбора у пациентов с SCD, когда аферез выполнялся на границе сбора, рекомендованной производителем для рутинного сбора HPC; Однако это было улучшено при сборе на более глубоком интерфейсе [30]. Механизм повышения выхода при сборе на более глубоком интерфейсе до сих пор неизвестен, но считается, что он связан с измененной формой клеток и седиментацией у пациентов с SCD. Однако, несмотря на то, что требуется модификация интерфейса сбора, HPCs полученные от пациентов с SCD с помощью мобилизации plerixafor, аналогичны HPCs собранным у пациентов с SCD путем забора костного мозга, и HPCs собранным у здоровых доноров с помощью мобилизации G-CSF, при сравнении по профилям экспрессии генов [29].
Помимо тяжести симптомов SCD и длительности прекращения приема гидроксимочевины, другими факторами, прогносящими выход HPCs у пациентов с SCD, являются возраст пациента и резерв костного мозга на момент мобилизации и забора, которые аналогичны данным общей популяции [32]. Интересно, что уровень HbS не коррелировал с количеством HPC-сбора [32]. Некоторые из этих факторов не могут быть легко модифицируемыми, и вероятность успешной мобилизации должна быть принята во внимание, прежде чем включать пациента в исследование генотерапии.
Conditioning


При аллогенной HSCT при гематологических злокачественных новообразованиях миелоаблативное кондиционирование оказывает терапевтическое противолейкозное действие и снижает риск отторжения трансплантата. Несмотря на то, что в генотерапии с использованием аутологичных клеток нет никаких опасений по поводу несовместимости трансплантатов, а антилейкемический эффект не обнаружен у пациентов с SCD, усилия по оптимизации, проведенные в исследовании lovo-cel, позволяют предположить, что миелоаблативное кондиционирование может увеличить экспрессию терапевтического генного продукта [15]. В настоящее время большинство исследований генотерапии проводятся с миелоаблативным кондиционированием, за исключением NCT02186418 [33], в котором используется кондиционирование пониженной интенсивности и лентивирусный вектор для получения серповидного HbFG16D—Это исследование может дать представление о том, как оптимизировать процесс лечения с помощью генотерапии без миелоабляции, что может быть более подходящим для пациентов с существующим повреждением органов-мишеней. Ранние результаты этого исследования показали, что приживление генетически модифицированных клеток было возможно при снижении интенсивности кондиционирования и продукции HbF по сравнению с другими исследованиями с миелоаблативным кондиционированием, хотя у одного из трех пациентов наблюдалось более низкое приживление и продукция HbF, которые были связаны с субтерапевтическим melphalan [34].
Infusion and engraftment


В исследованиях генотерапии с опубликованными результатами сообщалось о приживлении у пациентов примерно через 1 месяц после введения. В период приживления пациентам может потребоваться трансфузионная поддержка, и следует использовать облученные препараты крови из-за иммунокомпрометированного состояния и риска развития GVHD, ассоциированной с переливанием. Было показано, что после приживления терапевтические генные продукты сохраняются в течение всех периодов наблюдения за исследованием, которые в настоящее время варьируются от 1 до 3 лет [15, 17, 19, 20]. Тем не менее, у многих пациентов с SCD, получающих аллогенную HSCT, ранее был выявлен смешанный химеризм с переменной долей донорских клеток [13, 14]; Произойдет ли это с генетически модифицированными аутологичными клетками и повлияет ли это на долгосрочную персистенцию терапевтического генного продукта, до сих пор неизвестно из-за ограниченного периода наблюдения за испытаниями генотерапии.
CHALLENGES IN GENE THERAPY
Safety and adverse events from gene therapy


Ограниченный анализ безопасности, доступный в современных исследованиях генотерапии, показал, что большинство побочных реакций были эффектами миелоаблативной терапии [15, 19, 20]. В то время как часто сообщаемые побочные реакции (такие как стоматит и цитопения) являются обратимыми, одним из долгосрочных последствий, которое до сих пор недостаточно хорошо задокументировано в исследованиях генотерапии SCD, является гонадная токсичность от высокоинтенсивного миелоаблативного кондиционирования, которая может представлять значительный риск бесплодия — большинство пациентов, получающих миелоаблативное кондиционирование на основе бусульфана, будут бесплодными, а пациенты в постпубертатном периоде подвергаются более высокому риску гонадной недостаточности после миелоаблативного кондиционирования [35].
Кроме того, существует обеспокоенность по поводу возможности возникновения новых гематологических заболеваний после генотерапии. У двух пациентов, которые ранее входили в группу А, участвовавших в исследовании lovo-cel, развилась анемия после введения, а также были обнаружены аномальные предшественники эритроидов и трисомия хромосомы 8; Эта совокупность клинических данных изначально вызывала беспокойство в отношении миелодиспластического синдрома, но ни у одного из пациентов не было выявлено предрасполагающих новых мутаций, и этиология этих признаков оставалась неясной [15]. У двух разных пациентов, участвовавших в исследовании lovo-cel, развился новый острый миелоидный лейкоз через 3–6 лет после инфузии, хотя впоследствии было установлено, что инсерционный мутагенез лентивирусной трансдукции вряд ли был причиной [36]. Нецелевое редактирование также является проблемой при генотерапии на основе CRISPR-Cas9, хотя ограниченные опубликованные данные до сих пор не сообщали об этом явлении [17, 20]. Тем не менее, обнаружение низкочастотного нецелевого редактирования может быть сложной задачей. Совсем недавно исследование CEDAR, в котором использовался CRISPR-Cas9 с AAV6 для коррекции гена β-глобина, было добровольно приостановлено и в конечном итоге прекращено из-за длительной цитопении у первого включенного пациента [24]. Неясно, что могло вызвать это, хотя о каких-либо миелодиспластических изменениях не сообщалось. В целом, ограниченная когорта и короткий период наблюдения в ходе испытаний генотерапии до сих пор не могут окончательно исключить возможность гематологической аномалии как непреднамеренного последствия генетической модификации, и пациенты, получившие генотерапию, должны находиться под надлежащим наблюдением в долгосрочной перспективе. Пациенты, получающие exa-cel, будут включены в 15-летнее последующее исследование (NCT04208529) для мониторинга новых злокачественных новообразований и серьезных нежелательных явлений после инфузии.
Barriers to access


Несмотря на недавние одобрения, выданные exa-cel и lovo-cel, доступность генотерапии остается ограниченной специализированными лечебными центрами. К сожалению, в Соединенных Штатах примерно 60% пациентов с SCD полагаются на Medicare или Medicaid в качестве основного плательщика медицинской помощи, что ограничивает доступ к специализированной медицинской помощи [37]. Напротив, для пациентов с гемофилией и болезнью фон Виллебранда, которые требуют длительного специализированного лечения, этот показатель примерно в два-три раза ниже [37], что подчеркивает неравенство в здравоохранении, которое необходимо устранить для того, чтобы генотерапия принесла пользу пациентам с тяжелой SCD. Отсутствие доступа к специалистам по серповидноклеточной анемии и специализированным трансплантационным центрам является серьезным препятствием для распространения генотерапии среди пациентов с SCD. Кроме того, генотерапия SCD в настоящее время недоступна в странах с низким уровнем дохода, таких как страны Африки к югу от Сахары, где распространена SCD, и ни одно из клинических исследований генотерапии SCD не проводится в этих странах [38]. Кроме того, цена продукта генотерапии в Соединенных Штатах оценивается от 1,4 до 2,1 миллиона долларов; Согласно анализу влияния на бюджет, это может значительно ограничить немедленную доступность этого варианта лечения и может вынудить плательщиков медицинских услуг принять ограничительную политику в отношении права на получение терапии [39]. Следовательно, разработка инновационных стратегий финансирования генотерапии SCD также является важной областью исследований. Одно из предложений состоит в том, чтобы принять модель оплаты, основанную на стоимости [40], при которой производитель будет получать полную оплату только в том случае, если лечение приносит пользу пациенту. Тем не менее, это представляет собой изменение по сравнению с нынешней моделью оплаты за услуги в Соединенных Штатах и может быть нелегко принято. Академическим и научно-исследовательским институтам также рекомендуется повышать экономическую эффективность своего производственного процесса и изменять методы лицензирования инноваций, чтобы сделать их менее эксклюзивными, особенно когда открытия были поддержаны государственным финансированием [41].
В заключение, ранние исследования среди пациентов с тяжелой SCD показали, что различные стратегии генотерапии, изученные в клинических испытаниях, могут помочь снизить частоту эпизодов VOC, повысить общий гемоглобин и уменьшить гемолиз. Тем не менее, для более полной оценки безопасности и риска этого варианта лечения по-прежнему необходимо более длительное наблюдение. Кроме того, необходимо разработать стратегии по расширению охвата специализированной медицинской помощью для пациентов с SCD и инновационные стратегии финансирования здравоохранения для повышения доступности генотерапии. для мобилизации и афереза имел более низкую частоту побочных реакций по сравнению с забором HPCs костного мозга [31]. В дополнение к оптимизации факторов, специфичных для конкретного пациента, процесс сбора данных HPC также потребует определенной оптимизации, характерной для пациентов с SCD. Esrick et al. сообщили о низком выходе сбора у пациентов с SCD, когда аферез выполнялся на границе сбора, рекомендованной производителем для рутинного сбора HPC; Однако это было улучшено при сборе на более глубоком интерфейсе [30]. Механизм повышения выхода при сборе на более глубоком интерфейсе до сих пор неизвестен, но считается, что он связан с измененной формой клеток и седиментацией у пациентов с SCD. Однако, несмотря на то, что требуется модификация интерфейса сбора, HPCs полученные от пациентов с SCD с помощью мобилизации plerixafor, аналогичны HPCs собранным у пациентов с SCD путем забора костного мозга, и HPCs собранным у здоровых доноров с помощью мобилизации G-CSF, при сравнении по профилям экспрессии генов [29].
Помимо тяжести симптомов SCD и длительности прекращения приема гидроксимочевины, другими факторами, прогностирующими выход HPCs у пациентов с SCD, являются возраст пациента и резерв костного мозга на момент мобилизации и забора, которые аналогичны данным общей популяции [32]. Интересно, что уровень HbS не коррелировал с количеством HPC-сбора [32]. Некоторые из этих факторов не могут быть легко модифицируемыми, и вероятность успешной мобилизации должна быть принята во внимание, прежде чем включать пациента в исследование генотерапии.
Conditioning


При аллогенной HSCT при гематологических злокачественных новообразованиях миелоаблативное кондиционирование оказывает терапевтическое противолейкозное действие и снижает риск отторжения трансплантата. Несмотря на то, что в генотерапии с использованием аутологичных клеток нет никаких опасений по поводу несовместимости трансплантатов, а антилейкемический эффект не обнаружен у пациентов с SCD, усилия по оптимизации, проведенные в исследовании lovo-cel, позволяют предположить, что миелоаблативное кондиционирование может увеличить экспрессию терапевтического генного продукта [15]. В настоящее время большинство исследований генотерапии проводятся с миелоаблативным кондиционированием, за исключением NCT02186418 [33], в котором используется кондиционирование пониженной интенсивности и лентивирусный вектор для получения серповидного HbFG16D—Это исследование может дать представление о том, как оптимизировать процесс лечения с помощью генотерапии без миелоабляции, что может быть более подходящим для пациентов с существующим повреждением органов-мишеней. Ранние результаты этого исследования показали, что приживление генетически модифицированных клеток было возможно при снижении интенсивности кондиционирования и продукции HbF по сравнению с другими исследованиями с миелоаблативным кондиционированием, хотя у одного из трех пациентов наблюдалось более низкое приживление и продукция HbF, которые были связаны с субтерапевтическим melphalan [34].
Infusion and engraftment


В исследованиях генотерапии с опубликованными результатами сообщалось о приживлении у пациентов примерно через 1 месяц после введения. В период приживления пациентам может потребоваться трансфузионная поддержка, и следует использовать облученные препараты крови из-за иммуно-компрометированного состояния и риска развития GVHD, ассоциированной с переливанием. Было показано, что после приживления терапевтические генные продукты сохраняются в течение всех периодов наблюдения за исследованием, которые в настоящее время варьируются от 1 до 3 лет [15, 17, 19, 20]. Тем не менее, у многих пациентов с SCD, получающих аллогенную HSCT, ранее был выявлен смешанный химеризм с переменной долей донорских клеток [13, 14]; Произойдет ли это с генетически модифицированными аутологичными клетками и повлияет ли это на долгосрочную персистенцию терапевтического генного продукта, до сих пор неизвестно из-за ограниченного периода наблюдения за испытаниями генотерапии.
CHALLENGES IN GENE THERAPY
Safety and adverse events from gene therapy


Ограниченный анализ безопасности, доступный в современных исследованиях генотерапии, показал, что большинство побочных реакций были эффектами миелоаблативной терапии [15, 19, 20]. В то время как часто сообщаемые побочные реакции (такие как стоматит и цитопения) являются обратимыми, одним из долгосрочных последствий, которое до сих пор недостаточно хорошо задокументировано в исследованиях генотерапии SCD, является гонадная токсичность от высокоинтенсивного миелоаблативного кондиционирования, которая может представлять значительный риск бесплодия — большинство пациентов, получающих миелоаблативное кондиционирование на основе бусульфана, будут бесплодными, а пациенты в пост-пубертатном периоде подвергаются более высокому риску гонадной недостаточности после миелоаблативного кондиционирования [35].
Кроме того, существует обеспокоенность по поводу возможности возникновения новых гематологических заболеваний после генотерапии. У двух пациентов, которые ранее входили в группу А, участвовавших в исследовании lovo-cel, развилась анемия после введения, а также были обнаружены аномальные предшественники эритроидов и трисомия хромосомы 8; Эта совокупность клинических данных изначально вызывала беспокойство в отношении миелодиспластического синдрома, но ни у одного из пациентов не было выявлено предрасполагающих новых мутаций, и этиология этих признаков оставалась неясной [15]. У двух разных пациентов, участвовавших в исследовании lovo-cel, развился новый острый миелоидный лейкоз через 3–6 лет после инфузии, хотя впоследствии было установлено, что инсерционный мутагенез лентивирусной трансдукции вряд ли был причиной [36]. Не целевое редактирование также является проблемой при генотерапии на основе CRISPR-Cas9, хотя ограниченные опубликованные данные до сих пор не сообщали об этом явлении [17, 20]. Тем не менее, обнаружение низкочастотного не целевого редактирования может быть сложной задачей. Совсем недавно исследование CEDAR, в котором использовался CRISPR-Cas9 с AAV6 для коррекции гена β-глобина, было добровольно приостановлено и в конечном итоге прекращено из-за длительной цитопении у первого включенного пациента [24]. Неясно, что могло вызвать это, хотя о каких-либо миелодиспластических изменениях не сообщалось. В целом, ограниченная когорта и короткий период наблюдения в ходе испытаний генотерапии до сих пор не могут окончательно исключить возможность гематологической аномалии как непреднамеренного последствия генетической модификации, и пациенты, получившие генотерапию, должны находиться под надлежащим наблюдением в долгосрочной перспективе. Пациенты, получающие exa-cel, будут включены в 15-летнее последующее исследование (NCT04208529) для мониторинга новых злокачественных новообразований и серьезных нежелательных явлений после инфузии.
Barriers to access


Несмотря на недавние одобрения, выданные exa-cel и lovo-cel, доступность генотерапии остается ограниченной специализированными лечебными центрами. К сожалению, в Соединенных Штатах примерно 60% пациентов с SCD полагаются на Medicare или Medicaid в качестве основного плательщика медицинской помощи, что ограничивает доступ к специализированной медицинской помощи [37]. Напротив, для пациентов с гемофилией и болезнью фон Виллебранда, которые требуют длительного специализированного лечения, этот показатель примерно в два-три раза ниже [37], что подчеркивает неравенство в здравоохранении, которое необходимо устранить для того, чтобы генотерапия принесла пользу пациентам с тяжелой SCD. Отсутствие доступа к специалистам по серповидноклеточной анемии и специализированным трансплантационным центрам является серьезным препятствием для распространения генотерапии среди пациентов с SCD. Кроме того, генотерапия SCD в настоящее время недоступна в странах с низким уровнем дохода, таких как страны Африки к югу от Сахары, где распространена SCD, и ни одно из клинических исследований генотерапии SCD не проводится в этих странах [38]. Кроме того, цена продукта генотерапии в Соединенных Штатах оценивается от 1,4 до 2,1 миллиона долларов; Согласно анализу влияния на бюджет, это может значительно ограничить немедленную доступность этого варианта лечения и может вынудить плательщиков медицинских услуг принять ограничительную политику в отношении права на получение терапии [39]. Следовательно, разработка инновационных стратегий финансирования генотерапии SCD также является важной областью исследований. Одно из предложений состоит в том, чтобы принять модель оплаты, основанную на стоимости [40], при которой производитель будет получать полную оплату только в том случае, если лечение приносит пользу пациенту. Тем не менее, это представляет собой изменение по сравнению с нынешней моделью оплаты за услуги в Соединенных Штатах и может быть нелегко принято. Академическим и научно-исследовательским институтам также рекомендуется повышать экономическую эффективность своего производственного процесса и изменять методы лицензирования инноваций, чтобы сделать их менее эксклюзивными, особенно когда открытия были поддержаны государственным финансированием [41].
В заключение, ранние исследования среди пациентов с тяжелой SCD показали, что различные стратегии генотерапии, изученные в клинических испытаниях, могут помочь снизить частоту эпизодов VOC, повысить общий гемоглобин и уменьшить гемолиз. Тем не менее, для более полной оценки безопасности и риска этого варианта лечения по-прежнему необходимо более длительное наблюдение. Кроме того, необходимо разработать стратегии по расширению охвата специализированной медицинской помощью для пациентов с SCD и инновационные стратегии финансирования здравоохранения для повышения доступности генотерапии.